Сульфат аммония – аммонийная неорганическая соль серной кислоты, содержащая 21% азота в виде аммония катионов и 24% серы в виде сульфата анионов. Сульфат аммония зачастую используется в качестве удобрения для щелочной почвы.
Сульфат аммония встречается в виде бесцветных кристаллов или мелких белых гигроскопичных гранул.
Сульфат аммония, также известный как диаммоний сульфат или соль серной кислоты, представляет собой белое кристаллическое вещество без запаха, на вкус соленое. Соединение легко растворимо в воде, но не растворяется в спирте или ацетоне.
Получение сульфата аммония в лабораторных условия возможно путем воздействия концентрированной серной кислотой 2NH3 на концентрированный раствор H2SO4.
Также возможно получение сульфата аммония путем ввода газообразного аммиака в горячие газы.
Сульфат аммония разлагается при нагревании до 250°С. Если вещество нагреть до более высокой температуры, то оно распадется на аммиак, азот, диоксид серы и воду.
Применение сульфата аммония
Основное применение сульфата аммония – удобрение для щелочной почвы. В почве ионы сульфата аммония высвобождаются и образуют небольшое количество кислоты, которая понижает почвы и в то же время насыщает необходимым азотом для лучшего роста растений. Основным недостатком использования сульфата аммония является низкое содержание азота по сравнению с нитратом аммония.
Также широко известно применение сульфата аммония в качестве сельскохозяйственного спрея и адъюванта для водорастворимых инсектицидов, гербицидов и фунгицидов. Он функционирует как связка для катионов железа и кальция, которые присутствуют в воде и растительных клетках. Вещество особенно эффективно в качестве адъюванта для глифосат и глюфосинат гербицидов.
В биохимии переосаждение сульфатом аммония является способом очистки белков. Сульфат аммония растворим в воде и поэтому на его основе можно создавать концентрированные растворы, которые могут очищать белки, вызывая их концентрированное осаждение. Это удобный и простой способ для фракционирования сложных смесей белков, благодаря чему сульфат аммония применяется в качестве ингредиента для многих вакцин от дифтерии, столбняка и коклюша.
В пищевой промышленности сульфат аммония используется в качестве пищевой добавки Е517, которая используется как регулятор кислотности для муки и хлеба и признана безопасной для употребления.
Также сульфат аммония используется для получения других солей аммония, в особенности персульфата аммония.
На основе сульфата аммония изготовляются самодельные взрывчатые вещества.
Сульфат аммония является компонентом порошковых огнетушителей и огнезащитных средств.
Сульфат аммония очень популярен в Японии, Юго-Восточной Азии, а также на северо-востоке Китая и других областях, где выращивают рис. Его используют в качестве удобрения для выращивания риса, чая, зелени, овощей, фруктов и зерновых. Сульфат аммония более эффективен, чем карбамид, бикарбонат аммония, хлорид аммония и аммиачная селитра.
В качестве кормовых добавок, сульфат аммония обеспечивает питательными веществами небелкового азота жвачных животных. Сульфат аммония используется также в некоторых областях рыбоводства.
Свойства сульфата аммония
Кристаллическое вещество нерастворимое в ацетоне, этаноле и эфире.
Плотность сульфата аммония составляет 1,77 г на 1 мл, температура хранения 2-8°C, растворимость в воде составляет 77 г на 100 мл.
Основным свойством сульфата аммония является его стабильность, однако при контакте с сильными окислителями может произойти пожар или взрыв.
Вред сульфата аммония
При вдыхании паров сульфата аммония возможно сильное раздражение и воспаление дыхательных путей. Употребление сульфата аммония внутрь вызывает раздражение желудочно-кишечного тракта, сопровождаемое тошнотой, рвотой и диареей. При контакте сульфата аммония с кожей или глазами возникает раздражение, покраснение, зуд и боль.
Использование сульфата аммония безопасно в хорошо проветриваемых помещениях с использованием защитных очков и масок, закрывающих все лицо, в сапогах, перчатках, фартуках или комбинезонах из непроницаемого материала, такого как ПВХ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Сульфат аммония представляет собой вещество белого цвета (рис. 1), кристаллы которого разлагаются при нагревании.
Он хорошо растворяется в воде (гидролизуется по катиону). Кристаллогидратов не образует.
Рис. 1. Сульфат аммония. Внешний вид.
Таблица 1. Физические свойства сульфата аммония.
Получение сульфата аммония
Различают промышленные и лабораторные способы получения сульфата аммония. В первом случае используют реакцию нейтрализации серной кислоты синтетическим аммиаком. Кроме этого в качестве сырья для получения этого вещества применяют дымовые газы электространций и сернокислотных производств.
Основным лабораторным методом получения сульфата аммония считается реакция взаимодействия концентрированных серной кислоты и аммиака:
H 2 SO 4 + 2NH 3 = (NH 4) 2 SO 4 .
Химические свойства сульфата аммония
Сульфат аммония — это средняя соль, образованная слабым основанием - гидроксидом аммония (NH 4 OH) и сильной кислотой - серной (H 2 SO 4).Гидролизуется по катиону. Характер среды водного раствора сульфата аммиака кислый. Уравнение гидролиза будет выглядеть следующим образом:
(NH 4) 2 SO 4 ↔ 2NH 4 + + SO 4 2- ;
NH 4 + + SO 4 2- + HOH ↔ NH 4 OH + SO 4 2- + H + ;
(NH 4) 2 SO 4 + 2HOH ↔ 2NH 4 OH + H 2 SO 4 .
Сульфат аммония вступает в реакции обмена с кислотами, щелочами и другими солями:
(NH 4) 2 SO 4 + H 2 SO 4 (conc) = 2NH 4 HSO 4 ;
(NH 4) 2 SO 4 + 2NaOH conc = Na 2 SO 4 + 2NH 3 + 2H 2 O;
(NH 4) 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2NH 4 Cl.
Сульфат аммония окисляется перманганатом калия и дихроматом калия:
(NH 4) 2 SO 4 + 2KMnO 4 = 2MnO 2 ↓ + N 2 + 4H 2 O;
(NH 4) 2 SO 4 + K 2 Cr 2 O 7 = N 2 + Cr 2 O 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O (t = 250 - 350 o C).
При нагревании до температуры 235 - 357 o С сульфат аммония разлагается на гидросульфат аммония и аммиак:
(NH 4) 2 SO 4 = NH 4 HSO 4 + NH 3 .
Применение сульфата аммония
Сульфат аммония нашел широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как производство минеральных удобрений, текстиля (вискозное волокно), порошковых огнетушителей, а также в пищевой индустрии (добавка Е517) и биохимии.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Вычислите массу серной кислоты, которая потребуется для получения сульфата аммония массой 7,9 г по реакции взаимодействия с аммиаком. |
| Решение | Запишем уравнение реакции взаимодействия серной кислоты с аммиаком с образованием сульфата аммония:
2NH 3 + H 2 SO 4 = (NH 4) 2 SO 4 . Рассчитаем число моль сульфата аммония (молярная масса - 132 г/моль): n ((NH 4) 2 SO 4) = m ((NH 4) 2 SO 4) / M ((NH 4) 2 SO 4); n ((NH 4) 2 SO 4) = 7,9 / 132 = 0,06моль. Согласно уравнению реакции n((NH 4) 2 SO 4) : n(H 2 SO 4) = 1:1, значит, n(H 2 SO 4) = n((NH 4) 2 SO 4) = 0,06моль. Масса серной кислоты, которая потребуется для получения сульфата аммония по реакции взаимодействия с аммиаком равна (молярная масса - 98 г/моль): m (H 2 SO 4) = n (H 2 SO 4) × M (H 2 SO 4); m (H 2 SO 4) = 0,06 × 98 = 5,88 г. |
| Ответ | Масса серной кислоты равна 5,88 г. |
Плотность 1,769 г/см³. Температура плавления - 235-280° C, температура разложения - 218° C.
Химическая формула: (NH 4) 2 SO 4 .
В промышленности сульфат аммония получают в виде кристаллов при взаимодействии аммиака и серной кислоты, как прямым способом, так и способом оксимирования циклогекcанона и нейтрализации сернокислого эфира и свободной серной кислоты аммиаком, в результате перегруппировки Бекмана при производстве капролактама.
Также сульфат аммония является продуктом улавливания аммиака серной кислотой при коксовании угля, в металлургической промышленности, при производстве капролактама. В соответствии с производственным процессом коксохимический сульфат и металлургический сульфат аммония имеют существенные примеси соединений, даже тяжелых металлов.
Применение сульфата аммония.
Сельское хозяйство.
Сульфат аммония - одно из широко применяемых в сельском хозяйстве азотно-серных минеральных удобрений, содержит 21% азота в аммонийной форме и 24% серы. Гигроскопичность его слабая, поэтому при длительном хранении не слеживается и сохраняет сыпучесть. Обеспечивает значительный прирост урожая чая, ржи, картофеля, хлопка, риса, овса, сахарной свеклы. С успехом конкурирует с лучшими азотными удобрениями. Сульфат аммония, благодаря аммониевой форме азота, совместимой с серой, предотвращает накопление нитратов в 3 раза, уменьшает содержание радионуклидов в растениях в 2 раза. Может применяться на загрязненных территориях.
Используется под все сельскохозяйственных культур (от картофеля до цитрусовых) на черноземах и сероземах. Удобрение обладает ценным качеством - низкой миграционной способностью, так как катион аммония активно поглощается почвой и это предохраняет его от вымывания. Поэтому сульфат аммония рекомендуют вносить на легких почвах, при орошении, т.е. там, где есть потенциальная опасность потери азота удобрения за счет миграционных явлений. Аммонийный азот сульфата аммония усваивается растениями. Сера необходима для питания всех культур, так как входит в состав некоторых синтезируемых растениями незаменимых аминокислот.
В биохимии переосаждение сульфатом аммония является общим методом очистки белков.
В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки эмульгатора E517.
В средствах тушения пожаров сульфат аммония применяется в качестве антипирена.
Используется в технологии хлорирования воды с аммонизацией, вводится в обрабатываемую воду за несколько секунд до хлора, с хлором образует хлораммины - связывая свободный хлор, благодаря чему значительно сокращается образование хлорорганики вредной для организма человека, сокращается расход хлора, уменьшается корозия труб водовод.
В горной промышленности - как гелеобразующий компонент при профилактической обработке выработанного пространства, в состав взрывчатого вещества сульфат аммония вводится для снижения горючести и устранения опасности самопроизвольного воспламенения.
Также сульфат аммония применяется для производства:
- гербицидов;
- кормов для животных;
- выделки кож;
- строительной изоляции.
Требования безопасности сульфата аммония (аммония сернокислого) ГОСТ 9097-82.
Сульфат аммония - негорючее вещество. При нагревании до 235° C способно разлагаться с выделением аммиака и трехокиси серы. Для защиты от пыли применяют противопыльный респиратор и брезентовые рукавицы.